EP0147595A1 - Prüfvorrichtung für Fahrzeugräder - Google Patents
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- G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
- G01M17/02—Tyres
- G01M17/022—Tyres the tyre co-operating with rotatable rolls
Definitions
- the invention relates to a test device for vehicle wheels, with a drum that accommodates the wheel, and with a wheel carrier that keeps the wheel freely rotatable centrally and under the action of two force generators acting perpendicularly to one another and to the wheel axis for a vertical and presses a side load with the tire against the drum.
- the drum has an inner diameter which is the same or slightly larger than the outer diameter of the mounted tire.
- Such a device requires different drums to test tires of different outer diameters, so that it cannot be used universally even for tires of the same type. If, as is generally the case, the tire diameters still differ from one another in the case of different types, this means considerable disadvantages both in terms of the production costs of the test device and in the changeover times for testing different wheels.
- the invention has for its object to provide a test device of the type mentioned, which can be used over a wide range of tire diameters and which enables a practical test of the vehicle wheels.
- the solution to this problem is that the diameter of the drum is significantly larger than the diameter of the tire and that one force generator acts on the vehicle wheel via the other force generator.
- the difference in size of the drum and tire enables the test device to be used universally. At the same time, the tire contact area compared to the known test device is reduced to a level that corresponds to practice. Finally, the coupling of the two force generators ensures that the forces they exert always run perpendicular to one another and in the direction in which they are defined. These Alignment of the forces can be further improved by linear guides that are assigned to each force generator and run parallel to the direction of the forces generated.
- a constructively advantageous embodiment of the test device is achieved with the aid of a swivel head which holds the wheel in the drum and whose swivel axis runs perpendicular to the wheel axis and parallel to the wheel contact area.
- the wheel With the help of the swivel head, the wheel can be lifted off the inner surface of the drum and can be brought out of the drum, for example, with the help of the force generators and the linear guides which may be present.
- the wheel can also be pivoted outside the drum, for example, by 90 ° and thus brought into an area in which it is freely accessible for assembly and disassembly. The wheel is then brought into the test position in the drum again in the opposite way.
- test device Two other design measures serve to make the test device particularly compact.
- One measure is to arrange the swivel head between the wheel and the force generators.
- the wheel contact area runs vertically, i.e. If their normal runs horizontally, this results in a test stand, the essential elements of which can be arranged on one level, for example on the floor and in a room, in which they are freely accessible despite their compact dimensions.
- the wheel can also have a camber angle other than zero being checked.
- the camber angle can also be variably adjustable.
- a camber angle other than zero means that the forces exerted by the two force generators also each have a defined component in the direction of the other force generator.
- the camber angle is set appropriately, the wheel can also be checked with a ratio of lateral to vertical load that extends to the order of magnitude of 1 and thus corresponds to the actual load conditions of the vehicle wheel.
- camber angles can be achieved in different ways.
- One possibility is to support the swivel head elastically. This can be done with the help of a spring, which exerts a torque on the swivel head via a lever arm.
- the camber angle then results from the camber angle of the non-loaded wheel and the equilibrium position due to the torque given by the force generators and the torque exerted by this spring.
- the torque of the force generators acts on the swivel head via a lever arm, which is determined by the distance between the center of the wheel and the swivel axis.
- the camber angle of the wheel can also be set with the aid of a torque acting on the swivel head, which is caused by a variable force generator via a lever on the swivel head. This means that the camber angle can be set as required, regardless of the forces exerted by the two force generators for vertical and side loads.
- the test device of FIG. 1 for vehicle wheels contains, as essential elements, a drum 1, which is externally driven and accommodates the vehicle wheel 2 to be examined.
- the inner diameter of the drum 1 is, for example, about 20% larger than the outer diameter of the tire 2 "of the vehicle wheel 2. This is held in a swivel head 4 via a swivel arm 3, the swivel axis 5 of which runs perpendicular to the wheel axis 6.
- the vehicle wheel lies on the drum 1 over a wheel contact area 2 'which is perpendicular to the plane of the drawing.
- the test device contains a force generator 7 for the vertical loading of the vehicle wheel 2 and a force generator 8 for the side load.
- the force generator 8 is assigned linear guides 9 and 10, which are located on its two sides.
- the force generators 7 and 8 and the linear guides 9 and 10 each consist of fixed cylinders 7 'to 10', against which piston rods 7 "to 10" are displaceable.
- the free end of the piston rod 8 ′′ is fastened to a frame 11 which supports the force generator 7. Its piston rod 7 ′′ in turn acts on a support 12 for the swivel head 4.
- the swivel head 4 is elastically mounted on the carrier 12.
- a compression spring 13 is used for this purpose, one end of which is held in a fixed bearing 14 and the other end of which acts on the swivel head 4 via a lever arm 16.
- the compression spring 13 thus exerts a torque on the swivel head 4, whose parameters are the deflection and spring rate of the spring 13 and a lever arm which is determined by the distance b of the spring 13 from the pivot axis 5.
- the deflection of the spring 13 in turn can be preset by adjusting the fixed bearing 14 with the aid of a tensioning device, not shown.
- the vehicle wheel 2 To test the vehicle wheel 2, it is first set in rotation via the drum 1.
- the speed of rotation of the wheel is greater to the extent that its diameter differs from the inner diameter of the drum 1, i.e. in the present case by 10 to 20%.
- the wear of the vehicle wheel is therefore low during the test.
- the vehicle wheel 2 is subjected to changing or constant loads.
- the force generator 7 exerts a vertical load on the carrier 12, the swivel head 4 and the swivel arm 3 and the force generator 8 exerts a side load on the vehicle wheel 2 via the frame 11, the carrier 12, the swivel head 4 and the swivel arm 6. Due to the vertical attack of the force generator 8 on the frame 11, it is ensured that the vertical and side loads in the wheel contact area 2 'are exactly perpendicular to one another.
- the ratio of the actually effective lateral and vertical loads can be varied by setting a camber angle other than zero to a value that corresponds to the value of approximately 1 that actually occurs in practice.
- the compression spring 13 is adjusted with respect to its spring rate and / or preload so that it exerts an additional torque on the vehicle wheel 2. This is in balance with the torque generated by the force generator 7 via the swivel head 4 and the swivel arm 3 is exerted on the vehicle wheel, resulting in a camber angle vG which, depending on the vertical load or independently of it, has a defined fixed or variable value.
- FIG. 2 differs from that of FIG. 1 only in that instead of the elastic adjustment of the swivel head 4 with the help of the compression spring 13, a variable swivel angle setting is made.
- an additional force generator 20 is used, which is fastened at one end 21 to the support 12 and engages with its position-changing other end 22 via a lever 23 on the swivel head 4.
- the swivel angle of the swivel head 4 can be set to a predetermined value independently of the force exerted on the vehicle wheel 2 by the force generators 7 and 8, and the vehicle wheel can thus also be subjected to vertical and side loads which have the extent that occurs in practice.
- thrust rings 24 are additionally provided, which always bear against the vehicle wheel and guide it straight when a lateral force is applied. They form a positive guidance and serve to compensate for the curve movement of the vehicle wheel caused by the fall. This means that the lateral forces can be applied without the need for additional toe angles.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfvorrichtung für Fahrzeugräder, mit einer Trommel, die das Rad in sich aufnimmt, und mit einem Radträger, der das Rad zentral frei drehbar hält und unter der Wirkung zweier senkrecht zueinander und zur Radachse wirkender Krafterzeuger für eine Vertikal- und eine Seitenlast mit dem Reifen gegen die Trommel preßt.
- Bei einer derartigen Prüfvorrichtung, wie sie aus der EP-A-63 245 und entsprechend DE-OS 31 14 714 und 31 38 573 bekannt ist, besitzt die Trommel einen Innendurchmesser, der gleich oder geringfügig größer als der Außendurchmesser des aufgezogenen Reifens ist. Eine derartige Vorrichtung erfordert zum Prüfen von Reifen unterschiedlicher Außendurchmesser jeweils unterschiedliche Trommeln, so daß sie sogar für Reifen ein und desselben Baumusters nicht universell verwendbar ist. Weichen die Reifendurchmesser, wie allgemein üblich, bei unterschiedlichen Baumustern noch voneinander ab, so bedeutet dies sowohl hinsichtlich der Gestehungskosten der Prüfvorrichtung, als auch der Umrüstzeiten für das Prüfen unterschiedlicher Räder, erhebliche Nachteile. Weit gravierender ist darüber hinaus jedoch der Umstand, daß mit der bekannten Prüfvorrichtung eine praxisnahe Prüfung der Räder nicht möglich ist, da die Räder mit Reaktionskräften auf die durch die Krafterzeuger ausgeübten Kräfte beaufschlagt werden, die nahezu oder vollständig über den gesamten Umfang des Reifens auf das Rad wirken. Demgegenüber erfolgt die Belastung der Räder in der Praxis nur über einen Bruchteil des Reifenumfangs, der durch die Größe der Reifenaufstandsfläche im Verhältnis zur gesamten Umfangsfläche des Reifens festgelegt ist.
- Schließlich ist eine praxisgerechte Prüfung der Fahrzeugräder mit voneinander unabhängiger Vertikal-und Seitenlast nicht möglich, da die Seitenkräfte als Reaktionskräfte über zwei schräge Anlaufringe in das Rad eingeleitet werden. Eine derartig wirksame Seitenkraft hat jedoch eine Kraftkomponente in vertikaler Richtung zur Folge, so daß Vertikal- und Seitenlast nicht voneinander unabhängig sind. Es ist damit lediglich eine Prüfung der Räder mit einem Verhältnis von Seiten- zur Vertikallast möglich, das erheblich unter dem in der Praxis auftretenden maximalen Verhältnis von 1 liegt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die über einen weiten Bereich von Reifendurchmessern einsetzbar ist und die eine praxisgerechte Prüfung der Fahrzeugräder ermöglicht.
- Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Trommel in ihrem Durchmesser deutlich größer als der Durchmesser des Reifens ist und der eine Krafterzeuger über den anderen Krafterzeuger auf das Fahrzeugrad wirkt.
- Durch den Größenunterschied von Trommel und Reifen wird eine universelle Verwendung der Prüfvorrichtung ermöglicht. Zugleich wird die Reifenaufstandsfläche gegenüber der bekannten Prüfvorrichtung auf ein Maß reduziert, das der Praxis entspricht. Schließlich wird durch die Verkopplung der beiden Krafterzeuger erreicht, daß die von ihnen ausgeübten Kräfte stets senkrecht zueinander und in der Richtung verlaufen, in der sie definiert sind. Diese Ausrichtung der Kräfte kann dabei weiter durch Linearführungen verbessert werden, die jedem Krafterzeuger zugeordnet sind und parallel zu der Richtung der erzeugten Kräfte verlaufen.
- Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung der Prüfvorrichtung ist mit Hilfe eines Schwenkkopfes erreicht, der das Rad in der Trommel hält und dessen Schwenkachse senkrecht zur Radachse und parallel zur Radaufstandsfläche verläuft. Mit Hilfe des Schwenkkopfes kann das Rad von der Innenfläche der Trommel abgehoben werden und beispielsweise mit Hilfe der Krafterzeuger und der ggf. vorhandenen Linearführungen aus der Trommel gebracht werden. Dabei kann bei entsprechender Ausführung das Rad außerhalb der Trommel beispielsweise auch um 90° geschwenkt und damit in einen Bereich gebracht werden, in dem es für eine Montage bzw. Demontage frei zugänglich ist. Das Einbringen des Rades in die Prüfstellung in der Trommel vollzieht sich dann wieder auf umgekehrtem Wege.
- Zwei weitere konstruktive Maßnahmen dienen dazu, die Prüfvorrichtung besonders kompakt aufzubauen. Die eine Maßnahme besteht darin, den Schwenkkopf zwischen dem Rad und den Krafterzeugern anzuordnen. Verläuft als zweite Maßnahme die Radaufstandsfläche senkrecht, d.h. verläuft ihre Normale waagrecht, so ergibt sich damit ein Prüfstand, dessen wesentliche Elemente in einer Ebene, beispielsweise auf dem Boden und in einem Raum angeordnet werden können, bei dem sie trotz gedrängter Abmessungen frei zugänglich sind.
- Zusätzlich zu diesen Vorteilen des Schwenkkopfes hinsichtlich des Austausches der Räder und des erforderlichen Bauvolumens lassen sich durch konstruktive Maßnahmen auch bedeutende funktionelle Vorteile erzielen. Ist nämlich der Schwenkkopf in seinem Schwenkwinkel auch unmittelbar vor bzw. während des Prüfvorgangs veränderlich, so kann das Rad auch mit einem von Null verschiedenen Sturzwinkel geprüft werden. Der Sturzwinkel kann darüber hinaus variabel einstellbar sein. Ein von Null verschiedener Sturzwinkel führt dazu, daß die durch die beiden Krafterzeuger ausgeübten Kräfte auch jeweils eine definierte Komponente in der Richtung des jeweils anderen Krafterzeugers besitzen. Dadurch kann bei entsprechender Einstellung des Sturzwinkels das Rad auch mit einem Verhältnis von Seiten- zur Vertikallast geprüft werden, das bis in die Größenordnung von 1 reicht und damit den tatsächlichen Belastungsverhältnissen des Fahrzeugrades entspricht.
- Erreicht können diese Sturzwinkel auf konstruktiv unterschiedliche Weise werden. Eine Möglichkeit besteht darin, den Schwenkkopf elastisch abzustützen. Dies kann mit Hilfe einer Feder erfolge, die über einen Hebelarm ein Drehmoment auf den Schwenkkopf ausübt. Der Sturzwinkel ergibt sich dann aus dem Sturzwinkel des nicht belasteten Rades und der Gleichgewichtslage infolge des durch die Krafterzeuger gegebenen Drehmoments und des durch diese Feder ausgeübten Drehmoments. Das Drehmoment der Krafterzeuger wirkt dabei über einen Hebelarm auf den Schwenkkopf, der durch den Abstand des Rad-Mittelpunkts und der Schwenkachse bestimmt ist. Dabei kann durch entsprechende Wahl von Federrate dieser zusätzlichen Feder und der beiden Hebelarme ein Sturzwinkel des Rades erreicht werden, der während eines Prüfvorganges unabhängig von den tatsächlich auf das Rad ausgeübten Kräften konstant oder in definierter Weise veränderlich ist.
- Alternativ zu einer zusätzlichen Feder kann der Sturzwinkel des Rades auch mit Hilfe eines auf den Schwenkkopf wirkenden Drehmoments eingestellt werden, das durch einen variablen Krafterzeuger über einen Hebel auf den Schwenkkopf hervorgerufen wird. Damit ist eine beliebige Einstellung des Sturzwinkels unabhängig von den durch die beiden Krafterzeuger für Vertikal- und Seitenlast ausgeübten Kräften erreicht.
- In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt
- Fig. 1 eine Prüfvorrichtung für Fahrzeugräder mit vorgegebener Einstellung des Sturzwinkels und
- Fig. 2 eine Alternative zu Fig. 1 mit beliebig wählbarer Einstellung des Sturzwinkels.
- Die Prüfvorrichtung von Fig. 1 für Fahrzeugräder enthält als wesentliche Elemente eine Trommel 1, -die extern angetrieben ist und das zu untersuchende Fahrzeugrad 2 in sich aufnimmt. Der Innendurchmesser der Trommel 1 ist beispielsweise um etwa 20 % größer als der Außendurchmesser des Reifens 2" des Fahrzeugrades 2. Dieses ist über einen Schwenkarm 3 in einem Schwenkkopf 4 gehalten, dessen Schwenkachse 5 senkrecht zur Radachse 6 verläuft. Das Fahrzeugrad liegt an der Trommel 1 über eine Radaufstandsfläche 2' an, die senkrecht zur Zeichenebene steht.
- Als weitere wesentliche Elemente enthält die Prüfvorrichtung einen Krafterzeuger 7 für die Vertikalbelastung des Fahrzeugrades 2 und einen Krafterzeuger 8 für die Seitenlast. Dem Krafterzeuger 8 sind Linearführungen 9 und 10 zugeordnet, die zu dessen beiden Seiten liegen. Die Krafterzeuger 7 und 8 und die Linearführungen 9 und 10 bestehen jeweils aus feststehenden Zylindern 7' bis 10', gegenüber denen Kolbenstangen 7" bis 10" verschiebbar sind. Die Kolbenstange 8" ist dabei mit ihrem freien Ende an einem Gestell 11 befestigt, das den Krafterzeuger 7 trägt. Dessen Kolbenstange 7" wiederum wirkt auf einen Träger 12 für den Schwenkkopf 4.
- Der Schwenkkopf 4 ist elastisch am Träger 12 gelagert. Hierzu dient eine Druckfeder 13, deren eines Ende in einem Festlager 14 gehalten ist und dessen anderes Ende über einen Hebelarm 16 am Schwenkkopf 4 angreift. Die Druckfeder 13 übt damit ein Drehmoment auf den Schwenkkopf 4 aus, dessen Bestimmungsgrößen die Auslenkung und Federrate der Feder 13 und ein Hebelarm ist, der durch den Abstand b der Feder 13 von der Schwenkachse 5 bestimmt ist. Die Auslenkung der Feder 13 wiederum ist durch Verstellen des Festlagers 14 mit Hilfe einer nicht dargestellten Spannvorrichtung voreinstellbar.
- Zum Prüfen des Fahrzeugrades 2 wird dieses zunächst über die Trommel 1 in Rotation versetzt. Die Rotationsgeschwindigkeit des Rads ist in dem Maß größer, in dem sich sein Durchmesser von dem Innendurchmesser der Trommel 1 unterscheidet, d.h. im vorliegenden Fall um 10 bis 20 %. Damit ergibt sich eine Relativgeschwindigkeit zwischen Trommel und Fahrzeugrad, die ebenfalls nur einen Bruchteil der Rotationsgeschwindigkeit von Trommel 1 bzw.. Fahrzeugrad 2 darstellt. Der Verschleiß des Fahrzeugrades ist damit während der Prüfung gering.
- Während des Prüfvorgangs wird das Fahrzeugrad 2 mit wechselnden oder konstanten Belastungen beaufschlagt. Der Krafterzeuger 7 übt über den Träger 12, den Schwenkkopf 4 und den Schwenkarm 3 eine Vertikallast und der Krafterzeuger 8 über das Gestell 11, den Träger 12, den Schwenkkopf 4 und den Schwenkarm 6 eine Seitenlast auf das Fahrzeugrad 2 aus. Bedingt durch den senkrechten Angriff des Krafterzeugers 8 am Gestell 11 ist gewährleistet, daß Vertikal- und Seitenlast in der Radaufstandsfläche 2' exakt senkrecht zueinander sind.
- Das Verhältnis von tatsächlich wirksamer Seiten- und Vertikallast kann durch Einstellen eines von Null verschiedenen Sturzwinkels bis zu einem Wert variierbar sein, der dem in der Praxis tatsächlich auftretenden Wert von etwa 1 entspricht. Hierzu wird die Druckfeder 13 hinsichtlich ihrer Federrate und/oder Vorspannung so eingestellt, daß sie auf das Fahrzeugrad 2 ein zusätzliches Drehmoment ausübt. Dieses steht im Gleichgewicht mit dem Drehmoment, das durch den Krafterzeuger 7 über den Schwenkkopf 4 und den Schwenkarm 3 auf das Fahrzeugrad ausgeübt wird.Damit ergibt sich ein SturzwinkelvG , der abhängig von der Vertikallast oder davon unabhängig einen definierten festen oder variablen Wert besitzt.
- Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterschiedet sich gegenüber der von Fig. 1 lediglich darin, daß an Stelle der elastischen Einstellung des Schwenkkopfes 4 mit Hilfe der Druckfeder 13 eine variable Schwenkwinkel-Einstellung vorgenommen wird. Hierzu dient ein zusätzlicher Krafterzeuger 20, der an einem Ende 21 am Träger 12 befestigt ist und mit seinem lageveränderlichen anderen Ende 22 über einen Hebel 23 am Schwenkkopf 4 angreift. Dadurch kann der Schwenkwinkel des Schwenkkopfes 4 unabhängig von der durch die Krafterzeuger 7 und 8 auf das Fahrzeugrad 2 ausgeübten Kraft auf einen vorgegebenen Wert eingestellt und damit das Fahrzeugrad ebenfalls mit Vertikal- und Seitenlasten beaufschlagt werden, die den in der Praxis auftretenden Umfang besitzen.
- In beiden Ausführungsformen sind zusätzlich Anlaufringe 24 vorgesehen, die am Fahrzeugrad stets anliegen und dieses bei Einwirken einer Seitenkraft gerade führen. Sie bilden eine Zwangsführung und dienen dazu, die durch den Sturz hervorgerufene Kurvenbewegung des Fahrzeugrades zu kompensieren. Damit lassen sich die Seitenkräfte ohne zusätzlich auftretenden Spurwinkeln aufbringen.
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